DE2460321A1

DE2460321A1 - INKJET PRINTER

Info

Publication number: DE2460321A1
Application number: DE19742460321
Authority: DE
Inventors: George J Fan; Richard A Toupin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-02-27
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1975-08-28
Also published as: FR2262370A1; FR2262370B1; US3916419A; JPS50116232A

Description

Bäblingen, 13. Dezember 19*74 km-rzBäblingen, December 13, 19 * 74 km-rz

Anmelderin: International Business MachinesApplicant: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: NeuanmeldungOfficial file number: New registration

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 972 111Applicant's file number: Docket YO 972 111

Inkjet printer

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung und zum Transport von Farbtröpfchen bei Tintenstrahldruckern.The invention relates to a method and a device for generating and for the transport of ink droplets in inkjet printers.

Es sind Tintenstrahl-Druckvorrichtungen bekannt, bei denen ein elektrostatisches Feld benutzt wird, um einen Transport von Farbtröpfchen von der Austritts öffnung eines Farbmittelbehälters zu der Aufzeichnungsfläche, z.B. einem Blatt Papier, zu bewirken (USA-Patente 3 579 245 und 2 376). In Verbindung mit derartigen Vorrichtungen wurde auch bereits vorgeschlagen, den Austritt des Farbmittels aus dem Farbmittelbehälter durch die Einwirkung mechanischer Kräfte zu unterstützen. Hierzu wurde das Farbmittel in eine elastisch verformbare Kammer gebracht, die entsprechend dem herzustellenden Druckmuster mechanischen Verformungs impulsen ausgesetzt wird. Hierbei werden Farbtröpfchen an der Austrittsöffnung gebildet und gegen die Aufzeichnungsfläche gespritzt. Die Kammer hat eine Resonanzfrequenz, unterhalb der sie auf die mechanischen Verformungsimpulse nicht anspricht. Die Geschwindigkeit, mit der Farbtröpfchen erzeugt und auf die Aufzeichnungsfläche gebracht werden können,There are known ink jet printing devices in which an electrostatic Field is used to transport color droplets from the outlet opening of a colorant container to the recording surface, e.g., a sheet of paper (U.S. Patents 3,579,245 and 2,376). In connection with such devices has also already been proposed the exit of the colorant from the colorant container through the action of mechanical forces. For this purpose, the colorant was placed in an elastically deformable chamber, which accordingly the print pattern to be produced is exposed to mechanical deformation pulses. Here, paint droplets are at the outlet opening formed and sprayed against the recording surface. The chamber has a resonance frequency below which it responds to the mechanical deformation pulses does not respond. The speed at which ink droplets can be generated and brought onto the recording surface

! ist daher von der Resonanzfrequenz abhängig. Außerdem ist ein erhebli-! is therefore dependent on the resonance frequency. In addition, there is a considerable

I eher Aufwand an Verformungs energie notwendig, um eine ausreichende ιI rather need to spend deformation energy in order to achieve sufficient ι

Änderung des Kammervolumens herbeizuführen, die ein Ausspritzen der j Farbtröpfchen bewirkt. ITo bring about change in the chamber volume, which causes an ejection of the j causes color droplets. I.

Aufgabe der Erfindung ist es, für Tintenstrahldrucker ein Verfahren der : eingangs genannten Art anzugeben, das ohne mechanische Verformung desThe object of the invention is to provide a method for inkjet printers : indicate the type mentioned at the beginning, without mechanical deformation of the

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Farbmittelbehälters arbeitet und eine hohe Druckgeschwindigkeit gestattet. Das Verfahren eignet sich zur asynchronen Bildung von Farbmitteltröpf- j chen und zur Aufbringung dieser Farbmitteltröpfchen auf einen Aufzeichnungsträger zum Zwecke des Drucks beliebiger Muster. Die Maßnahmen zur Lösung dieser Aufgabe sind im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.Colorant container works and allows a high printing speed. The method is suitable for the asynchronous formation of colorant droplets and for the application of these colorant droplets to a recording medium for the purpose of printing any pattern. The measures for solving this problem are characterized in claim 1.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine vorteilhafte Vorrichtung zur Ausführung deserfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben. Diese Vorrichtung ist im Anspruch 6 gekennzeichnet. Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Anmeldungsgegenstandes. The object of the invention is also to provide an advantageous device for implementation of the method according to the invention. This device is characterized in claim 6. The remaining claims contain advantageous configurations and developments of the subject of the application.

Nachfolgend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Various exemplary embodiments of the invention are based on the following explained by drawings. Show it:

Fig. IA eine schematisierte, einen Teilschnitt enthaltende Dar-Fig. 1A is a schematic representation containing a partial section

stellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, jposition of an embodiment of the invention, j

Fig. IB eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig, IA in RichtungFIG. IB shows a side view of the device of FIG

der dort angegebenen Pfeile lB-lB,the arrows lB-lB indicated there,

Fig. 2 eine schematisierte, einen Teilschnitt enthaltende Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und2 shows a schematic representation containing a partial section a further embodiment of the invention and

Fig. 3 eine entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungs-3 shows a corresponding representation of a third embodiment

beispiels der Erfindung.example of the invention.

Die in Figur IA dargestellte Vorrichtung weist einen Farbstoffbehälter 10 ! auf, der magnetischen Farbstoff enthält. Ein geeigneter Farbstoff hierfür ist ein Ferrofluid, wie er beispielsweise in der Patentanmeldung P 23 40 120.9 beschrieben ist. Ein anderes Beispiel für einen magneti-The device shown in Figure IA has a dye container 10! containing magnetic dye. A suitable dye for this is a ferrofluid, such as that described in the patent application P 23 40 120.9 is described. Another example of a magnetic

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sehen Farbstoff ist eine stabile kolloidale Lösung von Magnetit(Fe O .) Partikeln einer Größe von 100 A in Wasser mit einem Benetzungsmittel, das die Partikel umgibt.see dye is a stable colloidal solution of magnetite (Fe O.) 100 Å particles in water with a wetting agent surrounding the particles.

An den Behälter 10 ist ein Rohr 11 angeschlossen, das eine Austritts öffnung 12 von relativ kleinem Durchmesser aufweist. Die magnetische Flüssigkeit wird im Rohr 11 unter einem relativ niedrigen statischen Druck gehalten, wie beispielsweise in einer Höhe von mehreren Zentimetern Wassersäule. Dieser Druck ist nicht ausreichend, um die magnetische Flüssigkeit aus der Öffnung 12 austreten zu lassen. Die Oberflächenspannung der magnetischen Flüssigkeit bewirkt, daß diese im Rohr 11 zurückgehalten wird, wenn sie mit dem vorerwähnt niedrigen statischen Druck beaufschlagt wird.A tube 11 is connected to the container 10 and has an outlet opening 12 has a relatively small diameter. The magnetic fluid is in the pipe 11 under a relatively low static Pressure maintained, such as at a height of several centimeters of water. This pressure is not sufficient to make the magnetic To allow liquid to emerge from the opening 12. The surface tension the magnetic fluid causes it to be retained in the tube 11 when it is applied with the aforementioned low static pressure.

Ein C-förmiger Magnet 14 (Fig. IB) ist der Austritts öffnung 12 benachbart angeordnet, wie aus Fig. IA zu ersehen ist. Eine der Polphasen 15 und 16 ist ein Nordpol und die andere ein Südpol. Die abgeschrägten Phasen 15 und 16 erzeugen eine verhältnismäßig starke magnetische Anziehungskraft. A C-shaped magnet 14 (Fig. IB) is the outlet opening 12 adjacent arranged, as can be seen from Fig. 1A. One of the pole phases 15 and 16 is a north pole and the other is a south pole. The beveled phases 15 and 16 generate a relatively strong magnetic attraction.

Der Magnet 14 besitzt eine Spule 17, die eine größere Anzahl Windungen aufweist. Die Enden der Spule 17 sind an einen Impulsgenerator 18 angeschlossen, der einen Strom zur Spule 17 liefert, um eine magnetische Anziehungskraft auf die magnetische Flüssigkeit im Rohr 11 auszuüben, so daß ein Tröpfchen 19 aus der öffnung 12 austritt und eine Aufzeichnung auf dem Papier 20 bewirkt, das in Richtung des Pfeiles von Fig. IA relativ zur Öffnung 12 bewegt wird.The magnet 14 has a coil 17, which has a larger number of turns having. The ends of the coil 17 are connected to a pulse generator 18, which supplies a current to the coil 17 in order to exert a magnetic attraction force on the magnetic fluid in the pipe 11, so that a droplet 19 emerges from the opening 12 and makes a recording causes on the paper 20, the relative in the direction of the arrow of Fig. IA is moved to opening 12.

Das Tröpfchen 19 wird zum engsten Teil des Spaltes zwischen den Polphasen 15 und 16 des Magneten 14 hingezogen. Die Abschrägung der Polphasen 15 und 16 ruft einen Magnetkraft-Gradienten hervor, der annähernd Null ist in der Nähe der Spitzen der Polphasen und wobei dasThe droplet 19 becomes the narrowest part of the gap between the pole phases 15 and 16 of the magnet 14 attracted. The bevel of the pole phases 15 and 16 produce a magnetic force gradient that is approximately zero near the tips of the pole phases and where the

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Magnetfeld an den Spitzen ein Maximum darstellt.Magnetic field at the tips represents a maximum.

Da der durch die abgeschrägten Polphasen 15 und 16 erzeugte nichteinheitliche Gradient seine Richtung, in der die magnetische Anziehungskraft auf die magnetische Flüssigkeit ausgeübt wird, unmittelbar dann ändert, wenn das Tröpfchen 19 die Spitzen der Polphasen 15 und 16 passiert hat, ist es notwendig, daß die Aufzeichnungsfläche 20 nahe der Polphasen 15 und 16 angeordnet ist. Andernfalls treten Instabilitäten in der Bewegung der Tröpfchen 19 auf. Es hat sich als günstig erwiesen, die Aufzeichnungsfläche 20 in einem Abstand von den Polphasen 15 und 16 anzuordnen, der kleiner ist als der Abstand der Spitzen voneinander.Since the non-uniform generated by the beveled pole phases 15 and 16 Gradient its direction in which the magnetic attraction force is exerted on the magnetic fluid, immediately then changes when the droplet 19 reaches the tips of the pole phases 15 and 16 has happened, it is necessary that the recording surface 20 close to the Pole phases 15 and 16 is arranged. Otherwise instabilities occur in the movement of the droplets 19. It has proven to be beneficial the recording surface 20 at a distance from the pole phases 15 and 16 to be arranged, which is smaller than the distance between the tips from each other.

Wenn der Impulsgenerator 18 einen Strom zur Spule 17 liefert, wird dementsprechend ein nicht gleichförmiger Gradient der magnetischen Anziehungskraft erzeugt, der auf die magnetische Flüssigkeit im Rohr 10 wirkt und Tröpfchen aus der Öffnung 12 herauszieht, die auf die Druckunterlage 20 auftreffen. Die Tröpfchen 19 können asynchron entsprechend dem gewünschten Druckmuster erzeugt werden. Dies geschieht durch selektive impulsweise Erregung des Generators 18 bei gleichzeitiger auf das zu erzeugende Druckmuster abgestimmter Bewegung des Papieres 20.If the pulse generator 18 supplies a current to the coil 17, it will be accordingly creates a non-uniform gradient of the magnetic attraction force acting on the magnetic fluid in the pipe 10 and withdrawing droplets from the opening 12 that impinge on the printing substrate 20. The droplets 19 can be asynchronous according to the desired Print patterns are generated. This is done by selective, pulsed excitation of the generator 18 while at the same time approaching it generating print patterns of coordinated movement of the paper 20.

Nachfolgend werden verschiedene Zahlenwerte für ein praktisches Ausführungsbeispiel angegeben, bei dem die Austritts öffnung 12 einen Durchmesser von 0, 05 mm aufweist. Die auf die magnetische Flüssigkeit ausgeübte Magnetkraft ist gleich dem Produkt des magnetischen Moments und des Feldgradienten. Wenn das magnetische Moment annähernd 30 emu/ gramm und der Feldgradient 10 gauss/cm ist, beträgt die auf die Flüssigkeit einwirkende Magnetkraft 3x10 dyn. Bei einem Durchmesser der Austritts öffnung von 0,05 mm und einer Oberflächenspannung von4D dyn/cm beträgt die Kraft der Oberflächenspannung auf der Flüssigkeit annäherndVarious numerical values are given below for a practical embodiment indicated, in which the outlet opening 12 has a diameter of 0.05 mm. The one exerted on the magnetic fluid Magnetic force is equal to the product of the magnetic moment and the field gradient. When the magnetic moment is approximately 30 emu / gram and the field gradient is 10 gauss / cm, the amount on the liquid Acting magnetic force 3x10 dyn. With a diameter of Outlet opening of 0.05 mm and a surface tension of 4D dynes / cm the force of the surface tension on the liquid is approximately

1, 6 χ 10 dyn. Die Magnetkraft ist daher vergleichbar der Oberflächenspannung, um ausreichend zu sein, eines der Tröpfchen 19 aus der Öff-1, 6 χ 10 dyn. The magnetic force is therefore comparable to the surface tension, in order to be sufficient, one of the droplets 19 from the opening

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nung 12 herauszuziehen, wenn das System unter einem, leichten positiven Druck steht.Voltage 12 to be pulled out when the system is under a slight positive Pressure is on.

In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei der dort gezeigten Vorrichtung befindet sich das Rohr 11 auf der einen Seite des Papiers 20, und ein Magnet 25 befindet sich auf der anderen Seite des Papiers 20. Der Magnet 25 besitzt eine Spule 26, die an einen Impulsgenerator 27 angeschlossen ist. .Wenn der Impulsgenerator 27 die Spule 26 stromführend macht, erzeugt der Magnet 25 eine Magnetkraft, um die Tröpfchen 19 aus der Öffnung 12 des Rohrs 11 heraus gegen die Oberfläche des Papiers 20 zuziehen. Der Impulsgenerator 27 wird in der oben erläuterten Weise in Übereinstimmung mit der Bewegung des Papiers 20 zum Abdruck des gewünschten Musters erregt.Another embodiment of the invention is shown in FIG. at the device shown there is the tube 11 on one side of the paper 20, and a magnet 25 is on the other side of the paper 20. The magnet 25 has a coil 26 which is connected to a pulse generator 27. If the pulse generator 27, the coil 26 When energized, the magnet 25 generates a magnetic force to pull the droplets 19 out of the opening 12 of the tube 11 against the surface of the paper 20 close. The pulse generator 27 is explained in the above Manner energized in accordance with the movement of the paper 20 to imprint the desired pattern.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt. Bei der dort angegebenen Vorrichtung wird sowohl der Magnet 14 als auch der Magnet 25 benutzt. Die Spulen 17 und 26 beider Magneten sind an einen gemeinsamen Impulsgenerator 28 angeschlossen. Es werden daher die Magnetkräfte von beiden Magneten 14 und 25 in der magnetischen Flüssigkeit wirksam.Another embodiment of the invention is shown in FIG. In the device specified there, both the magnet 14 and the magnet 25 are used. The coils 17 and 26 of both magnets are on one common pulse generator 28 connected. There will therefore be the Magnetic forces from both magnets 14 and 25 are effective in the magnetic fluid.

Zwischen dem Impulsgenerator 28 und dem. Magnet 25 befindet sich eine Verzögerungsschaltung 29, die bewirkt, daß der Magnet 25 gegenüber dem Magneten 14 jeweils leicht verzögert abgeschaltet wird. Hierdurch wird sichergestellt, daß das Magnetfeld des Magneten 25 noch anliegt, wenn das Feld des Magneten 14 bereits abklingt. Dementsprechend wird der Magnet 25 erst dann eingeschaltet, wenn der Tropfen 19 bereits unter der Wirkung der Magnetkraft des Magneten 14 aus der Öffnung 12 herausgezogen worden ist und bevor dieser Tropfen den Bereich passiert, in welchem sich der Magnetkraftgradient im Ausführungsbeispiel von Figur IA ändern würde.Between the pulse generator 28 and the. Magnet 25 is a Delay circuit 29, which causes the magnet 25 against the Magnet 14 is switched off with a slight delay. This ensures that the magnetic field of the magnet 25 is still applied when the Field of the magnet 14 is already decaying. Accordingly, the magnet becomes 25 only switched on when the drop 19 is already taking effect the magnetic force of the magnet 14 has been pulled out of the opening 12 and before this drop passes the area in which the Magnetic force gradient would change in the embodiment of Figure IA.

Anstelle eines einzelnen Impuls generators 28 können die Spulen 17 und 26 auch an getrennte Impuls generatoren 18 und 27 angeschlossen werden. In YO 972 HlInstead of a single pulse generator 28, the coils 17 and 26 can also be connected to separate pulse generators 18 and 27. In YO 972 St.

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einer solchen Anordnung ist es nicht notwendig, eine Verzögerungsschaltung 29 vorzusehen. Es genügt, sicherzustellen, daß der Impulsgenerator 27, der das Magnetfeld des Magneten 25 steuert, erregt bleibt nachdem das Magnetfeld des Magneten 14 abgeklungen ist, so daß auch danach noch eine magnetische Anziehungskraft auf den Tropfen 19wirkt.such an arrangement does not require a delay circuit 29 to be provided. It suffices to ensure that the pulse generator 27 which controls the magnetic field of the magnet 25 remains energized after the The magnetic field of the magnet 14 has decayed, so that a magnetic force of attraction still acts on the drop 19 afterwards.

Der Magnet 14 liefert anfänglich eine größere Anziehungskraft für den Tropfen I9 als der Magnet 25, und der Magnet 25 stellt sicher, daß der Tropfen I9 auf das Papier 20 auftrifft, ohne daß die in umgekehrter Richtung wirkende Kraft, die der Magnetfeldgradient des Magneten 14 während der weiteren Bewegung des Tropfens 19 erzeugt, einen Einfluß auf die Bewegung des Tropfens hat. Bei dieser Anordnung ist es nicht nötig, das Papier 20 so nahe an der Austritts öffnung 12 anzuordnen wie bei der Anordnung von Fig. IA. Dies gilt zwar auch für die Anordnung von Figur 2, jedoch wird bei der Anordnung von Figur 3 eine größere Anziehungskraft auf die Tröpfchen 19 erzeugt. Dies hat wiederum den Vorzug, daß die :The magnet 14 initially provides a greater force of attraction for the Drops I9 as the magnet 25, and the magnet 25 ensures that the Droplet I9 hits the paper 20 without the reverse Acting force, which the magnetic field gradient of the magnet 14 generates during the further movement of the drop 19, has an influence on the movement of the drop has. With this arrangement, it is not necessary to arrange the paper 20 as close to the outlet opening 12 as in the arrangement of Fig. IA. Although this also applies to the arrangement of FIG. 2, the arrangement of FIG. 3 has a greater force of attraction generated on the droplets 19. This in turn has the advantage that the:

Farbtröpfchen mit hoher Geschwindigkeit erzeugt und auf die Oberfläche '. Color droplets are generated at high speed and hit the surface '.

des Papiers transportiert werden, wodurch sich die Druckgeschwindig- :of the paper, which increases the printing speed:

keit weiter erhöht. Ein Vorteil der dargestellten Vorrichtungen besteht darin, daß an der Erzeugung der Drucktröpfchen keine Teile mitwirken, die einer mechanischen Deformation unterliegen. Hierdurch wird die ;further increased. There is one advantage to the devices shown in that no parts which are subject to mechanical deformation participate in the generation of the print droplets. This is the;

Lebensdauer der Vorrichtung bei hohen Druckgeschwindigkeiten verlängert. Ferner braucht bei der Wahl der Tröpfchen-Erzeugungsrate nicht auf jDevice life extended at high printing speeds. Furthermore, when choosing the droplet generation rate, j

Resonanzfrequenzen mechanischer Teile Rücksicht genommen werden. > Resonance frequencies of mechanical parts are taken into account. >

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Claims

PATENT CLAIMS

Process for the production and transport of ink droplets Ink jet printers, characterized in that one in a container located magnetic color liquid with a low static pressure is applied, which is at most so great that an exit of the ink droplets from an outlet opening on the pressure side is still prevented by the surface tension of the liquid, and that the liquid is a selectively effective magnetic Attraction is exposed to the release of paint droplets at the outlet opening and the transport of the paint droplets causes a recording surface located near the exit opening.

j 2. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic Force is generated in the immediate vicinity of the outlet opening and in front of the recording surface.

3. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic force is generated on the back of the recording surface.

4. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic

! see power from a first source that is in the immediate vicinity the outlet opening and in front of the recording surface, and a second source, which is on the back of the recording surface is located, is generated.

5. The method according to claim 1 and 4, characterized in that the The source located on the back of the recording surface is still effectively held, while the source in front of the recording surface source has already been switched off.

6. Device for carrying out the method according to one of the claims YO 972 St.

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1 to 5, characterized in that a storage container (10) is provided is, the one-magnetic color liquid under a very low Contains static pressure, which is so dimensioned that the surface tension allows an automatic outflow of the magnetic fluid from an outlet opening (12) of the container prevented, and that an electromagnet (14) is provided which receives current pulses selectively supplied by a pulse generator (18) and which is a magnetic one Attraction creates a release of paint droplets at the outlet opening (12) and a transport of the paint droplets to a Recording surface (20) causes.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the electromagnet (14) adjacent to the outlet opening (12) and in front of the recording surface (20) is arranged and that the electromagnet (14) two up to close to the outlet opening (12) reaching, beveled Has pole faces (15, 16).

8. Apparatus according to claim 6, characterized in that the magnet (25) is arranged on the back of the recording medium (20).

9. Apparatus according to claim 6, characterized in that a first Magnet (14) with beveled pole faces (15, 16) in front of the recording surface (20) reaching up to close to the outlet opening (12) is arranged that is on the back of the recording surface second magnet (25) is located and that both magnets are selectively acted upon with current pulses substantially simultaneously.

10. Apparatus according to claim 6 and 9, characterized in that both Magnets (14, 25) are connected in parallel to a common pulse generator (28) and that on the back of the recording surface (20) located magnet (25) a delay circuit (29) is connected upstream.

YO 972 111

509835/06U509835 / 06U

11. Device according to one of claims 7 or 9> characterized in that the pole faces (15, 16) of the magnet (14) in the direction of the exit of the ink droplets from the opening (12) are beveled and taper towards each other so that they together have one Form wedge-shaped cross-section.

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ι ^{/ 0}

E e r p a g e